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eine Verminderung seines Betrages von 1 auf 2 sin 9/2 erforderlich ist. Das bedeutet, dass die optimale Regelung des variablen Phasenkontrastes erhalten wird, wenn die beiden folgenden Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind :
1. Die Licht-Durchlässigkeit des zur Kondensorblende konjugierten Bereichs der Phasenplatte muss gebracht werden auf den Wert
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4 sin2 p/2 = 2 (l-cos p) und
2. die Phasenverschiebung # des Bereiches muss gleich sein dem Wert -#/2 + ça /2
Diese Bedingungen wurden im einzelnen durch verschiedene Autoren ermittelt, insbesondere einerseits durch BENNETT und andere (Phase Microscopy.
Principles and Applications-John Wiley et Sons éditeurs New-York, 1957) und anderseits "Les contrastes de phase et le contraste par interférence (Kolloqium der Internationalen Optischen Kommission 15. bis 21. März 1951)-Maurice Francon éditeurs-Editions de la Revue d'Optique).
Von verschiedenen Autoren, z. B. H. OSTERBERG mit seinem POLANRET-Verfahren, und in der USA-Patentschrift Nr. 2, 516, 905 wurde vorgeschlagen, das dargelegte Problem dadurch zu lösen, dass die Phasenplatte aus zwei gekreuzten Polarisatoren bestehen müsse, gefolgt von einer doppelbrechenden Viertelwellenplatte, ergänzt durch einen variablen Kompensator, wobei das Ganze zwischen einen Polarisator und einen Analysator gesetzt wird. In diesem Falle stellt die Viertelwellenplatte die Hauptphasenverschiebung von ' ! r/2 her und der Kompensator gestattet, die kleine Phasenverschiebung von '/2 hinzuzufügen. Der Lichtdurchgang durch den konjugierten Bereich wird somit durch Drehung des Analysators geregelt.
Man erkennt sogleich, dass diese Lösung, die bei den vorerwähnten bekannten Geräten benutzt wurde, die beiden ebenfalls schon angeführten Nachteile besitzt, welche durch die Erfindung beseitigt werden sollen, wie weiter unten näher dargelegt werden wird. Diese beiden Nachteile sind folgende :
1. Die optimale Regelung muss herbeigeführt werden, indem man zur Einstellung auf zwei unabhängige Parameter einwirkt ; und
2. Die Hauptphasenverschiebung von'Ir/2 wird erreicht mittels einer Phasenverzögerung von X/4, welche eine wesentliche chromatische Abweichung ist, da sie von der Wellenlänge des Beleuchtungslichtes abhängt.
Wenn man also auf die Schlussfolgerungen zurückkommt, welche aus dem Vektordiagramm der Fig. la zu ziehen sind, so konnte festgestellt werden, dass sich die Lösung des gestellten Problems erreichen lässt, wenn gemäss der Erfindung der Vektor V benutzt wird, ohne ihn der Drehung la und der Grössenverminderung, wie sie an Hand der Fig. la beschrieben wurden, zu unterwerfen. Wenn man, wie es in Fig. 1b darge-
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gegenüberstellt, welcher das Objekt darstellt.
Das Ergebnis, welches den idealen Betrachtungsbedingungen eines Objektes der Phase (p entspricht, kann erzielt werden, indem für den zur Kondensoröffnung konjugierten Bereich (dargestellt durch den Vektor V3 = l-e) der Phasenplatte die Komplexamplitudendurchlässigkeit l-e und für den die kom-
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art die Polarisationsrichtungen der beiden genannten Bereiche der Phasenplatte unter 450 zueinander orientiert sind, dass vor der Phasenplatte ein Polarisator angeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung zur Polarisationsrichtung des konjugierten Bereiches parallel liegt, und auf die Phasenplatte ein in bekannter Weise aus einem doppelbrechenden Kompensator und einem Analysator bestehendes Aggregat folgt.
Dabei ist die Komplexamplitudendurchlässigkeit für den konjugierten Bereich gleich l-e und für den die komplementäre Zone bildenden Bereich gleich 1, ohne Einführung eines Lichtwegunterschiedes zwischen den beiden genannten Bereichen der Phasenplatte, wozu der Kompensator auf einen beliebigen, der örtlichen Phasenverzögerung des Objektes entsprechenden Wert zip eingestellt wird. Mit der erfindungsgemässen Anordnung ist eine interferenzielle Kompensation durch einen einzigen Stellvorgang möglich, wogegen die bekannten Einrichtungen eine zweifache Einstellung erfordern.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.
Es zeigen : Fig. la und Ib Vektordiagramme der zum Verständnis der Erfindung wichtigen Vorgänge, wie sie oben behandelt worden sind, Fig. 2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung angewandt auf ein mikroskopisches Gerät, Fig. 3 eine entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform, Fig. 4 und 5 diagrammatische Darstellungen der Bedingungen, welche einerseits im konjugierten und anderseits in dem das Umfeld bildenden Bereich herrschen, Fig. 6 und 7 Ansichten im Schnitt bzw. in der Draufsicht des ersten Polarisators der Phasenplatte und Fig. 8 ein Diagramm, nach welchem
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sich die Lichttransmission T und die Phasenverschiebung # der konjugierten Zone der Phasenplatte in Abhängigkeit von der Phase cp bestimmen lässt.
Bei dem Gerät nach Fig. 2 fällt von einer als punktförmig angesehenen Lichtquelle-l-ein paralleles Strahlenbündel durch einen Kondensator --2-- auf das Phasenobjekt H. Am Austrittsende des Objektes S ist das Strahlenbündel zerlegt in ein direktes Bündel, welches nach Durchgang durch ein Objektiv --3-- durch einen Polarisator --4-- tritt und auf den Mittelteil der Phasenplatte --5--, d. i. der zur Kondensoröffnung konjugierte Bereich, fokussiert ist, und ein gebeugtes Bündel, welches durch die gesamte Fläche der Phasenplatte --5-- hindurchgeht und hauptsächlich beeinflusst wird beim Durchgang durch den Teil, welcher den konjugierten Bereich umgibt und als das Umfeld bildender Bereich bezeichnet wird. Der Polarisator --4-ist nicht aufgeteilt.
Die eigentliche Phasenplatte -5-- besteht aus einem Polarisator--6--, welcher die selbe Ausrichtung hat wie der Polarisator --4-- und im im konjugierten Bereich liegt, und aus einem gegenüber dem Polarisator - um 450 verdrehten Polarisator --7--, welcher den das Umfeld bildenden Bereich einnimmt (vgl. die Fig. 6 und 7). Die Phasenplatte --5--, die im Ausführungsbeispiel in der Brennebene F'des Objektives-3-liegt, ist konjugiert der Lichtquelle-l-in bezug auf die Gesamtanordnung: Kondensor --2-- plus Objektiv--3--.
Die Vorrichtung enthält hinter der Phasenplatte --5-- einen doppelbrechenden Kompensator --8-- bekannter Art, beispielsweise in Form einer doppelbrechenden Platte variabler Dicke zum Einführen einer Phasendifferenz cp zwischen den beiden gegeneinander um 900 polarisierten Wellen. Die neutralen Linien dieses Kompensators liegen um : 45 versetzt gegenüber dem Polarisator --4--. Den Abschluss bildet ein Analysator --9--, der mit dem Polarisator gekreuzt ist. Das reelle Bild des Objektes wird über den Zeichnungsbildrand hinausgeworfen und ist deshalb nicht dargestellt.
In den Fig. 4 und 5 ist die Entwicklung dargestellt, welcher die komplexen Amplituden der direkten bzw. gebeugten Wellen, die durch die verschiedenen Elemente durchgegangen sind, unterworfen sind.
Das durch den Polarisator --4-- polarisierte direkte Licht erfährt beim Durchgang durch den Polarisator --6-- keine Veränderung, aber es wird durch den Kompensator --8-- in zwei zueinander senkrechte Schwingungsrichtungen (+45 , -45 ) mit der Amplitude 1/- {2 zerlegt. Der Analysator --9-- lässt nur zwei antiparallele Komponenten (+90 ,-90 ) mit der Amplitude 1/2 durch (Fig. 4).
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mit der Amplitude 1/2 durch.
Es ist der Objekt-Vektor V = Vo + V, worin V die direkte Welle und V2 die gebeugte Welle bedeutet.
Um den Kontrastwert 1 zu erhalten, muss man V durch - V2 ersetzen ; dann muss gelten
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=2 sinsame'Achse parallel zum Polarisator liegt, und einem drehbaren Analysator --9--. Man erhält eine Phasenverschiebung cb, wenn man den Analysator um den Winkel #/2 dreht.
In den Fig. 6 und 7 ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer Phasenplatte "auseinandergenommen" dargestellt, welche aus drei Polarisatoren -4, 6 und 7--besteht, die in Form von drei polarisierenden Plättchen zwischen zwei Glasplättchen geklebt sind. Das erste Plättchen --4-- ist ungeteilt, während die Plättchen --6 und 7--nicht polarisierende Zonen -61 und 7'-- aufweisen, die sich gegenseitig ergänzen.
Die Form des konjugierten Bereiches ebenso wie die der Lichtquelle kann zweckmässig ringförmig sein, wie es an sich bekannt ist.
Es ist nun tatsächlich nicht immer möglich, die Einheit, welche die Phasenplatte --4, 6, 7-- darstellt, in der Brennebene F' des Objektivs --3-- unterzubringen. In diesem Falle kann man sich eines optischen Trägersjedes beliebigen Typs bedienen, welcher das reelle Bild dieser Brennebene in grössere Entfernung reproduziert, die im allgemeinen in einem üblichen Mikroskop-Objektiv nicht zugänglich ist.
Fig. 8 zeigt einDiagramm zur Bestimmung der Lichttransmission T als Funktion der Phase so (Kosinuskurve) und der Phasenverschiebung 0 als Funktion der gleichen Phase (gestrichelte Sägezahnkurve) :
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= t =tg # = -sin #/ (1-cos #) .
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a reduction of its amount from 1 to 2 sin 9/2 is required. This means that the optimal control of the variable phase contrast is obtained if the following two conditions are met at the same time:
1. The light transmittance of the area of the phase plate conjugated to the condenser diaphragm must be brought to the value
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4 sin2 p / 2 = 2 (l-cos p) and
2. the phase shift # of the range must be equal to the value - # / 2 + ça / 2
These conditions were determined in detail by various authors, in particular by BENNETT and others (phase microscopy.
Principles and Applications-John Wiley et Sons éditeurs New-York, 1957) and on the other hand "Les contrastes de phase et le contraste par interférence (Colloqium of the International Optical Commission March 15-21, 1951) -Maurice Francon éditeurs-Editions de la Revue d'Optique).
By different authors, e.g. BH OSTERBERG with his POLANRET method, and in US Pat. No. 2, 516, 905 it was proposed to solve the problem outlined by the fact that the phase plate must consist of two crossed polarizers, followed by a birefringent quarter-wave plate, supplemented by one variable compensator, the whole thing being placed between a polarizer and an analyzer. In this case, the quarter-wave plate represents the main phase shift of '! r / 2 and the compensator allows the small phase shift of '/ 2 to be added. The passage of light through the conjugate area is thus regulated by rotating the analyzer.
It can be seen immediately that this solution, which was used in the aforementioned known devices, has the two disadvantages also already mentioned, which are intended to be eliminated by the invention, as will be explained in more detail below. These two disadvantages are as follows:
1. The optimal regulation must be achieved by acting on two independent parameters to adjust; and
2. The main phase shift of 'Ir / 2 is achieved by means of a phase delay of X / 4, which is a significant chromatic aberration since it depends on the wavelength of the illuminating light.
So if one comes back to the conclusions to be drawn from the vector diagram in FIG. La, it could be established that the solution of the problem posed can be achieved if, according to the invention, the vector V is used without it the rotation la and to the size reduction, as they were described with reference to Fig. la. If, as shown in Fig. 1b
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juxtaposes which represents the object.
The result, which corresponds to the ideal viewing conditions of an object of the phase (p, can be achieved by using the complex amplitude transmittance l-e for the area conjugated to the condenser opening (represented by the vector V3 = l-e) of the phase plate and for which the
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The invention essentially consists in the fact that, in an arrangement of the type mentioned at the beginning, the polarization directions of the two named areas of the phase plate are oriented at 450 to each other, that a polarizer is arranged in front of the phase plate, the polarization direction of which is parallel to the polarization direction of the conjugate area, and on the phase plate is followed by an assembly consisting in a known manner of a birefringent compensator and an analyzer.
The complex amplitude permeability for the conjugate area is equal to le and for the area forming the complementary zone is equal to 1, without introducing a light path difference between the two mentioned areas of the phase plate, for which the compensator is set to any value zip corresponding to the local phase delay of the object . With the arrangement according to the invention, interference compensation is possible through a single adjustment process, whereas the known devices require a twofold adjustment.
The invention is illustrated schematically in the drawings using exemplary embodiments.
1 a and 1b show vector diagrams of the processes which are important for understanding the invention, as discussed above, FIG. 2 is a schematic view of a first embodiment of the invention applied to a microscopic device, FIG. 3 is a corresponding view of a modified embodiment 4 and 5 are diagrammatic representations of the conditions which prevail on the one hand in the conjugate area and on the other hand in the area forming the environment, FIGS. 6 and 7 are views in section and in plan view of the first polarizer of the phase plate and FIG. after which
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the light transmission T and the phase shift # of the conjugate zone of the phase plate can be determined as a function of the phase cp.
In the device according to FIG. 2, a parallel beam of rays falls from a point-like light source - 1 - through a capacitor --2 - onto the phase object H. At the exit end of the object S, the beam is split into a direct beam, which after passing through through an objective --3-- through a polarizer --4-- and onto the middle part of the phase plate --5--, i.e. i. the area conjugate to the condenser opening is in focus, and a diffracted bundle which passes through the entire surface of the phase plate --5 - and is mainly influenced when passing through the part which surrounds the conjugate area and is referred to as the surrounding area . The polarizer -4 is not split.
The actual phase plate -5-- consists of a polarizer - 6--, which has the same orientation as the polarizer --4-- and is in the conjugate area, and a polarizer that is rotated by 450 compared to the polarizer - 7--, which occupies the area forming the environment (cf. FIGS. 6 and 7). The phase plate --5--, which in the exemplary embodiment lies in the focal plane F 'of the objective - 3 -, is conjugate to the light source - l - in relation to the overall arrangement: condenser --2-- plus objective - 3--.
The device contains behind the phase plate --5-- a birefringent compensator --8-- of a known type, for example in the form of a birefringent plate of variable thickness for introducing a phase difference cp between the two waves polarized by 900 with respect to one another. The neutral lines of this compensator are offset by: 45 relative to the polarizer --4--. The conclusion is an analyzer --9--, which is crossed with the polarizer. The real image of the object is thrown over the edge of the drawing and is therefore not displayed.
FIGS. 4 and 5 show the development to which the complex amplitudes of the direct and diffracted waves, respectively, which have passed through the various elements, are subjected.
The direct light polarized by the polarizer --4-- does not experience any change when it passes through the polarizer --6--, but it is transmitted by the compensator --8-- in two mutually perpendicular directions of oscillation (+45, -45) the amplitude 1 / - {2 decomposed. The analyzer --9-- only lets through two anti-parallel components (+90, -90) with an amplitude of 1/2 (Fig. 4).
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with the amplitude 1/2.
It is the object vector V = Vo + V, where V is the direct wave and V2 is the diffracted wave.
To get the contrast value 1, one has to replace V with - V2; then must apply
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= 2 sinsame'axis parallel to the polarizer, and a rotatable analyzer --9--. A phase shift cb is obtained when the analyzer is rotated through the angle # / 2.
6 and 7 show an advantageous embodiment of a phase plate "disassembled", which consists of three polarizers -4, 6 and 7 - which are glued in the form of three polarizing plates between two glass plates. The first plate --4-- is undivided, while the plates --6 and 7 - have non-polarizing zones -61 and 7 '- which complement each other.
The shape of the conjugate area as well as that of the light source can expediently be ring-shaped, as is known per se.
In fact, it is not always possible to accommodate the unit representing the phase plate --4, 6, 7-- in the focal plane F 'of the objective --3--. In this case, any type of optical support can be used which reproduces the real image of this focal plane at a greater distance, which is generally not accessible in a conventional microscope objective.
8 shows a diagram for determining the light transmission T as a function of the phase so (cosine curve) and the phase shift 0 as a function of the same phase (dashed sawtooth curve):
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= t = tg # = -sin # / (1-cos #).